Төмен температуралар кезінде болаттардың механикалық қасиеттерінің өзгерісі жайлы

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 8 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасының Білім және Ғылым министірлігі

Семей қаласындағы Шәкәрім атындағы Мемлекеттік университеті

СӨОЖ

Пән: Криожүйелер негіздері

Тақырыбы: Төмен температуралар кезінде болаттардың механикалық қасиеттерінің өзгерісі.

Орындаған : Қабдылқақов Ержан

Топ: ТФ-319

Тексерген: Сейсенбаева М. Қ

Семей 2015

1 Болат және болаттың қорыту әдістері

Болат - темірдің көміртек (2%-ке дейін) және басқа элементтермен қорытпасы; темірдің көміртегі және басқа элементтермен қосылып жасалған деформацияланатын қорытпасы.

Болат - өндіру технологиясына байланысты, қорытпа құрамында көміртектен басқа марганец, кремний, күкірт, фосфор т. б. қосалқы элементтер болады. Мұндай болатты көміртекті болат деп атайды. Болат сапасын арттыру үшін, қорытпа құрамына хром, никель, молибден, ванадий вольфрам, марганец, кремний т. б. элементтер қосылады. Мұндай қорытпа легирленген болат деп аталады. Болат - қара металлургия өндірісінің негізі - машина жасау өнеркәсібі мен құрылыста пайдаланылатын негізгі материал. Пайдалану саласына қарай, болатты басты-басты төрт топқа бөлуге болады :

Құрылыстық болат. Әдетте, прокат күйінде құрылыс конструкцияларының әртүрлі элементтері мен вагон, кеме жасауда қолданылады.

Машина жасау болатынан негізінен әр түрлі машина бөлшектері жасалады. Ол үшін термиялық өңдеу мен химиялық-термиялық өңдеуден өтеді.

Аспаптық болат әр түрлі кесу, өлшеу, штамп аспаптарын жасауға пайдаланылады.

Айырықша-физикалық қасиеттері бар болат кәбінесе электр техникасы, химия, әскери техникаларын жасауда пайдаланылады.

Химиялық құрамы бойынша болаттарды көміртекті және қоспалы деп бөледі. Құрамындағы көміртекке байланысты қасиеті бар болатты көміртектті деп атайды. Көміртектті болаттар құрамындағы көміртегі бойынша төмен көміртекті (0, 25%-ға дейін), орта көміртекті (0, 25 - 0, 6%) және жоғары көміртекті (0, 6%-дан аса) болып бөлінеді.

Қоспалы деп талап етілген қасиеттерді беру үшін құрамына арнайы элементтер енгізіліген болаттарды айтамыз. Енгізілген қоспалаушы элементтрдің саны бойынша үш топқа бөледі: төмен қоспалы (2, 5%-ға дейін), орташа қоспалы (2, 5-10%-ға дейін) және жоғары қоспалы (10% аса) . Енгізілген элементтерге байланысты болаттарды - хромды, марганецті, хромникельді деп бөледі. Цементтелетін қоспалы болаттарға (ГОСТ 4543-71) - төмен көміртекті төмен және орташа қоспалы болаттарға жіктеледі. Бұл болаттар үйкеліс жағдайында жұмыс жасайтын машиналар мен құралдардың бөлшектерін жасауға арналған. Мысалы: 15ХА, 18ХГ, 25ХГМ, 20ХН, 20Х2Н4А, 18Х2Н4МА. Жақсартылған қоспалы болаттар (ГОСТ 4542-71) орташа көміртекті және төмен қоспалы болаттар. Қажетті қасиеттерді қамтамасыз ету үшін бұл болаттарды, шыңдауға және жоғары жасытуға итермелеп, жылумен өңдеуді арттырады. Мысалы: 40ХС, 40ХФА, 30ХГСА, 40ХМ2МА.

Белгіленуі бойынша жіктелуі . Бойынша болаттарды құрылымдық, құралдық, арнайы қасиеттері бар арнайы белгіленудегі болаттар деп бөледі. Құралдық болаттар ГОСТ 1435-74) өлшеуіш және кескіш аспаптарын, штамптарын жасауда пайдаланылады. Кесу аспаптары үшін болаттар жоғары қаттылыққа, тозуға төзімділікке және жылуға төзімділікке ие болуы керек. Өлшеуіш аспаптары үшін болаттар қатты, тозуға төзімді және ұзақ уақыт аспаптың өлшемдерін және пішіндерін сақтау керек. Штамптарға арналған болаттар жоғары температура жағдайында да сақталатын механикалық қасиеттерге, сонымен қатар, қыздыру және салқындату барысында пайда болатын жарықшалардың түзілуіне қарсы төзімділікке ие. Мысалы:К7, К8Г, К9, К10, К11, К12, К13. Арнайы құрылымдық болаттар коррозиялы, қыстық төзімділікке, беріктікке ие қоспалы болаттар. Хром немесе никельді енгізу болаттарға антикоррозиялық касиет береді. Жоғары температураға төзімділерге алюминий, хром, кремнийі бар болаттар жатады. Ал жоғары температураға берік тілер құрамында хром, никель, молибден, кремнийі бар болаттар жатады.

Сапасы бойынша жіктелуі . Сапасы бойынша болаттарды - қарапайым сапалы, сапалы, жоғары сапалы, аса сапалы деп жіктейді. Сапа - металлургиялық процесте анықталатын болат қасиеттерінің жиынтығын түсіндіреді. Сапасы бойынша болаттарды бөлудегі негізгі көрсеткіштері құрамындағы зиянды қоспалардың нормалары болып табылады(күкірт, фосфор) .

Қышылдану дәрежесі бойынша жіктелуі . Қышқылдану дәрежесі бойынша болаттарды жайлы, жартылай жайлы және қайнаушы деп жіктейді. Сұйық болаттан оттегіні жою процесін қышқылдану деп атайды. Тынық болаттар - марганецпен, алюминимен және кремнимен пеште және ожауда жақсы қышқылданған. Олар газды шығармай - ақ, жайлы қатаяды. Болаттың иілгіштік қасиеті көлденең қимадан тік қимаға қарағанда өте төмен. Қайнаушы болаттар - тек марганецпен қышқылданады. Олар жеткіліксіз қышқылданған. Құю алдында олардың құрамында оттегі көп болады, ол қалыптың қатаюы барысында көміртекпен жартылай әрекеттеседі және сол көміртек тотығының көпіршіктері түрінде шығып болаттың жалған «қайнауын» тудырады. Қайнаушы болаттар арзан. Олардың құрамында кремниі (0, 07%) аз, бірақ газ тәрізді қоспалардың саны көп, төмен көміртектілермен балқытады. Мұндай болаттың қалыптарын прокаттау барысында көміртек тотығымен толырылған газ көпіршіктері қайнайды. Автомашина шанақтарын жасауға арналған, болаттан жасалған мұндай беттер жақсы штампталады. Жартылай тынық болаттар - олар қышқылдану дәрежесі бойынша тынық және қайнаушы болаттар арасындағы аралық орынды алады. Олардың жартысын пеште және ожауда, ал қалған жартысын - металл құрамындағы көміртек есебінен қышқылданырады. Болаттың сұр шойыннан негізгі айырмашылығы - құрамында көміртегі мен басқа да қоспалардың аз болуынжда. Болаттың құрамындағы көміртегінің мөлшері артқан сайын, оның беріктігі мен қаттылығы арта түседі, ал пластикалық қасиеті мен тұтқырлығы едәуір төмендейді. Болатта кездесетін қоспаларды келесі шартты төрт топқа бөлуге болады:

Тұрақты қоспалар - марганец, кремний, фосфор, күкірт.

Жасырын қоспалар - оттегі, сутегі, азот.

Кездейсоқ қоспалар - мысалы, күшала, қорғасын және басқа элементтер.

Арнайы қоспалар - болат құрамына пайдаланудағы керекті қасиеттерін шығару үшін қосылады.

Болат өндірудің конвертер әдісі .

Конвертер деп іші отқа төзімді кірпішпен астарланған болат ретортаны айтады. Бастапқыда бұл әдіс бойынша болат алғанда, конвертерге құйылған сұйық шойынды астынан ауамен үрлегн. Ауадағы оттегімен әрекеттесіп, шойындағы көміртегі кремний марганец т. б. қоспалар тотыққанда, қосымша көп жылу бөлініп шығады. Сондықтан бұл әдіс отынды қажет етпейді. Қазіргі заманда ауаның орнына техникалық оттегі қолданылады. Бұл әдіс оттегі-конвертерлік әдіс деп аталады. Зауыттардың көбінде түді жабық доломит немесе хром-мгнезит кірпішімен астарланған көлемі 250…400 тонналық конвертерлер қолданылады. Оттегі конвертерінің құрылысы мен жұмысы 1- суретте көрсетілген. Оның жұмыс циклі оның ішіне металл сынықтарын, кейде темір рудасын салудан басталады.

Болат өндірудің мартен әдісі.

Мартен пеші жалынды және регенаривті пеш болып табылады. Оның балқыту кеңістігіндегі газ тәрізді отын немесе мазут жағылады. Мартен пештерінде болатты қатқан немнсе сұйық шойыннан, болат және шойын сынықтарынан, темір рудасынан, флюстер, ферроқорытпалар қосып өндіреді. Мартен пешінің құрылысының нобайы 2-суретте көрсетілген. Мартен үдерісі металл, шлак, газ орталығы және пеш астары арасындағы өзара физико-химиялық әсерлесуге негізделген. Мартен үдерісінің негізгі түрлеріне скрап-рудалық үдеріс және скрап үдеріс жатады. Мартен пештерінде көмітртекті конструкциялық және легірленген болаттар өндіріледі.

2 Болаттың механикалық қасиеттері. Болатты шыңықтыру .

Шынықтыру (болатты) (орыс. Закалка) аустенит толық немесе жартылай мартенситке немесе бейнитке түрленуін қамтамасыз ететін жағдайларда аустениттеуге және кейіннен салкындатуға негізделген термиялық өңдеу;

аустенитгенуден және алынған аустенитті толық немесе жарым-жартылай мартенситке бәлкім бейнитке айналдыруды қамтамасыз ететін жағдайда суытудан тұратын термиялық өңдеу.

Шынықтыру - қыздырылған материалды баяу салқындату кезінде пайда болатын қажетсіз процестерге жол бермеу немесе қыздырылған материалды күрт салқындату арқылы оның жоғары температурадағы күйін сақтауды жүзеге асыру үшін жүргізілетін термиялық өңдеу. Ол заттың төменгі температурадағы тепе-теңдік күйі мен жоғары температурадағы тепе-теңдік күйі арасында айырмашылық болған жағдайда орындалады. Шынықтыру салқындатудың нақты жылдамдығы заттағы қажетсіз процестерді болдырмауға жеткілікті жағдайда ғана тиімді. Шынықтыру нәтижесінде затта түзілген құрылым тек салыстырмалы күйде болады, ал қыздырғанда ол құрылым неғұрлым орнықты күйге ауысады. Көптеген заттарды табиғи жағдайда не арнайы технологиялық әдістермен (металл, олардың қорытпасы, шыны, т. б. ) Шынықтыруға болады. Шынықтыру тәсілімен өңделетін материалдардың ішінде болат ерекше орын алады. [1]

Қасиеттері алдын ала белгіленген металды (әсіресе болатты) алу үшін термиялық өңдеу тәсілі пайдаланылады. Қыздыру ерекшеліктеріне орай шынықтырудың толық және толық емес шынықтыру деп аталатын түрлері бар. Толық шынықтыру кезінде болат аустениттік сызықтан жоғары температурада қыздырылып, соңынан тез салқындатылады, яғни болат толығымен аустениттік күйге ауысады. Толық емес шынықтыру кезінде металл феррит пен цементиттің ыдырау темп-расынан жоғары температурада қыздырылады. Салқындатқанда қыздыру кезінде балқымай (ерімей) қалған үстеме фазалар (феррит не цементит және күрделі карбидтер) сақталып қалады. Салқындату ерекшеліктеріне қарай шынықтыру изотермиялық шынықтыру және сатылы шынықтыру, т. б. болып ажыратылады. Болатты изотермалық шынықтыру үшін, оны аустенит (толық шынықтыру) немесе цементит (толық емес шынықтыру) сызықтарынан жоғары температурада қыздырып, феррит-цементит сызықтарынан төмен температураға дейін лезде салқындатады.

Содан кейін аустенит басқа құрылымдық түрлерге (перлит, бейнит) ауысқанша тұрақты температура ұсталады. Осының нәтижесінде болаттың кейбір қасиеттері (қаттылығы, беріктігі) артады. Сатылы шынықтыру кезінде болат мартенситтік түрленуге дейін лезде салқындатылып, оның кез келген қалыңдығында температурада бірдей болғанша теңестіріледі. Соңынан мартенситтік құрылым түзілгенге дейін баяу суытылады. Шынықтырылған металл морт келеді.

3 Температураның механикалық қасиеттерге әсері

Металдар дегеніміз- электр тоғы мен жылуды жақсы өткізетін, пластикалық қасиеті жоғары, жылтыр заттар. Мұндай қасиеттердің болуы металдардың ішкі құрылымымен байланысты. Сынаптан басқа металдардың кристалдық тор көздерінде металл атомдары орналасқан. Олар бір-бірімен металдық байланыспен байланысады. Металдардың иондану энергиясы аз болғандықтан олардың валенттік электрондары оңай бөлініп, бүкіл кристалдың бойында еркін қозғала алады. Сондықтан олардың жиынтығын электрон газы деп те атайды. Су ерітінділеріндегі реакциялар үшін металдың активтілігі оның активті қатардағы орнына байланысты. Металдардың қаттылығы мен температураға төзімділігі күнделікті тәжірибеде шешуші рөл атқарады. Егер шыны хроммен кесілсе, ал цезийді адам тырнағымен-ақ кесе алады. Кейбір металдар жұмсақ (мәселен:күміс, алтын, т. б. ) болғандықтан таза металдардың орнына олардың бір-бірімен құймалары қолданылады. Ең алғаш алынған құймалардың бірі - қола. Темір мен оның құймалары (шойын, болат) қара металдар, ал қалғандары түсті металдар; алтын, күміс, платина химиялық реактивтерге төзімділігіне байланысты асыл металдар; сумен әрекеттесіп сілті түзетін металдарды сілтілік (Lі, Na, K, Rb, Cs), ал жер қыртысының негізін құрайтындарын сілтілік жер металдар; массалық үлесі 0, 01%-дан аспайтындарын сирек металдар деп атайды. Өнеркәсіпте металдарды негізінен пирометаллургия, гидрометаллургия және электрметаллургия әдістерімен алады. Металдар электр сымдарын, тұрмысқа қажет бұйымдар (қазан, балға, т. б. ) жасауда, т. б. кеңінен қолданылады.

Табиғатта көп кездесетін металдар қатарына жатады:

Металдардың механикалық қасиеттері, металдарға түскен жүктемеге қарсыласуын сипаттайды. Ал, металдардың механикалық сипаттамасы олардың қасиеттерін сандық түрде сипаттайды.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.